水文課程設(shè)計

1、<p><b>　　設(shè)計說明書</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　在太湖流域的西溪支流西溪上，擬修建賦石水庫，因而要進行水庫規(guī)劃的工</p><p>　　程水文及水利計算，其具體任務(wù)是：</p><p>　　設(shè)計年徑流分析計算；</p>

2、<p>　　選擇水庫死水位和確定興利庫容；</p><p><b>　　選擇正常蓄水位；</b></p><p>　　推求防洪標(biāo)準，設(shè)計標(biāo)準和校核標(biāo)準的設(shè)計洪水過程線；</p><p>　　推求各種洪水特征水位。</p><p><b>　　二．流域與資料概況</b></p>

3、<p><b>　　2.1 關(guān)于流域</b></p><p>　　西苕溪為太陽流域一大水系，流域面積為2260km²，發(fā)源于浙江省安吉縣天目山，干流全長150km，易遭洪澇災(zāi)害，又因流域攔蓄工程較少，易受旱災(zāi)。根據(jù)解放后二十多年的資料統(tǒng)計，僅安吉縣因洪澇旱災(zāi)每年平均損失稻谷1500萬斤，嚴重的1961-1963年，連續(xù)三年洪水損失稻谷9300萬斤，沖毀耕地萬余畝。&l

4、t;/p><p>　　該水庫為根治西苕溪流域水旱災(zāi)害骨干工程之一，控制西苕溪主要支流西溪，壩址以上流域面積328km²。流域內(nèi)氣候溫和，多年平均雨量孝豐年為1450mm，國民經(jīng)濟以農(nóng)業(yè)為主，流域大部為山區(qū)，小部為丘陵，平地較少。</p><p>　　水庫以防洪為主，結(jié)合發(fā)電、灌溉、航運及水產(chǎn)，是一座綜合利用水庫。</p><p><b>　　2.2

5、資料情況</b></p><p>　　降雨資料:流域內(nèi)有三個雨量站，分別從1956年、1961年和1962年開始觀測至今。</p><p>　　徑流資料：在壩址下游1公里處設(shè)有水文站，自1954年開始有觀測資料，成果見表。</p><p>　　洪水情況：根據(jù)調(diào)查1922年9月1日在壩址附近發(fā)生一場大洪水，推算得水文站洪峰流量為1350m³/s。

6、這場洪水是發(fā)生后至今最大的一次洪水。缺測年份內(nèi)沒有大于1160m³/s的洪水發(fā)生。</p><p>　　水庫水位容積曲線如表2-1</p><p>　　表2-1 水位容積曲線</p><p>　　水電站下游水位流量關(guān)系曲線如表2-2</p><p>　　表2-2 水位流量關(guān)系曲線</p><p>　　

7、泥沙及推移質(zhì)與懸移質(zhì)情況:根據(jù)實測泥沙資料得多年平均含沙量</p><p>　　ρ0=0.237kg/m³,泥沙干容重γ=1650kg/m³,泥沙沉積率m=90%,孔隙率p=0.3,推移質(zhì)與懸移質(zhì)淤積量之比值α=15%，加安全值1米。</p><p>　　本省生產(chǎn)的機型HL-263-LJ-100（即混流式263型，主軸金屬蝸殼，轉(zhuǎn)輪直徑1米），單機容量為1250千瓦，適

8、應(yīng)最小水頭為16m。</p><p>　　賦石水庫屬于Ⅱ級建筑物，因此設(shè)計洪水標(biāo)準為1%，校核洪水標(biāo)準為0.1%，水庫下游保護地區(qū)防洪標(biāo)準為5%。</p><p>　　賦石水庫原設(shè)計采用雨量資料推求設(shè)計洪水，現(xiàn)采用流量資料來推求設(shè)計洪水，以作比較。歷年洪峰、一天洪量、三天洪量、七天洪量（數(shù)據(jù)表略，見計算表中計算過程）。</p><p>　　典型洪水過程線（數(shù)據(jù)表略，

9、見計算表中計算過程）。</p><p>　　2.3 水文氣象資料的搜集和審查</p><p>　　熟悉流域的自然地理情況，廣泛搜集有關(guān)水文氣象資料。經(jīng)初步審查，降雨和徑流等實測資料是可靠的、具有一致性的，可用于本次設(shè)計。</p><p>　　三．設(shè)計年徑流量及年內(nèi)分配情況</p><p>　　3.1 設(shè)計年徑流量的計算</p>

10、<p>　　現(xiàn)有年徑流資料為（2000-1979）21年，總體分布曲線選定為P-Ⅲ型曲線，現(xiàn)求其有關(guān)參數(shù)。年徑流頻率計算如下表3-1</p><p>　　表3-1 年徑流頻率計算表</p><p>　　由表3-1可得多年平均年徑流量=(∑xi)/n=4986.277/21=237.442m³/s </p><p><

11、b>　　=</b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　選配P-Ⅲ型頻率曲線：=237.442m³/s， 首先選定矩法算出的Cv=0.26,Cs=0.51，查附錄可知Фp,即可得Kp=CvФp+1進行計算，將Kp值代入下表（2）欄中，再由Xp=Kp,計算各頻率Xp值列于表3-2的（3）欄中。</p>&

12、lt;p>　　根據(jù)表3-2中（1）和（3）對應(yīng)數(shù)值點繪成曲線，觀察其與經(jīng)驗頻率點的吻合程度，發(fā)現(xiàn)頻率曲線的中間部分稍偏低，首尾部分偏于經(jīng)驗電據(jù)之下。故需增大Cv、Cs值。</p><p>　　重新選取Cv=0.3,Cs=1.73Cv=0.52,查出個各Kp值并計算各Xp的值，列入表3-2中的（4）、（5）欄中。發(fā)現(xiàn)該線與經(jīng)驗點配合較好，即取為最后采用的頻率曲線，其參數(shù)：=237.442m³/s,C

13、v=0.3,Cs=1.73Cv=0.52。</p><p>　　年徑流量頻率曲線如附圖一。</p><p>　　表 3-2 頻率曲線選配計算表</p><p>　　由實際資料可求得月平均凈流量=415.524/21=19.787m³/s</p><p>　　由附圖一的年徑流頻率曲線可推求：</p><p>　

14、　P=10%的設(shè)計豐水年徑流量為： Xp=(1+Cvφp)=19.787×1.397=27.642m³/s</p><p>　　P=50%的設(shè)計中水年徑流量為: Xp=(1+Cvφp)=19.787×0.975=19.292m³/s</p><p>　　P=90%的設(shè)計枯水年徑流量為: Xp=(1+Cvφp)=19.787×0.635=12

15、.565m³/s</p><p>　　3.2 設(shè)計年內(nèi)分配推求</p><p>　　3.2.1 代表年的選擇</p><p>　　由設(shè)計徑流量選擇豐、中、枯代表年，選擇年徑流量接近設(shè)計年徑流量的年份為代表年。</p><p>　　選擇的豐水年為1996-1997年，X豐D=334.77/12=27.898m³/s，中水年為

16、1984-1985年，X中D=244.646/12=20.387m³/s，枯水年為1992-1993年，X枯D=164.371/12=13.698m³/s。</p><p>　　3.2.2 徑流年內(nèi)分配計算</p><p>　　以設(shè)計年徑流量為控制用同倍比方法縮放各代表年的逐月徑流量，按年水量控制求縮放比K：</p><p>　　設(shè)計豐水年

17、 K豐= X豐p/X豐D=27.642/27.898=0.991</p><p>　　設(shè)計中水年 K中= X中p/X中D=19.292/20.387=0.946</p><p>　　設(shè)計枯水年 K枯= X枯p/X枯D=12.565/13.698=0.917</p><p>　　用各自的縮放倍比乘以對應(yīng)的代表年的各月徑流量，即得設(shè)計

18、徑流量年內(nèi)分配，成果見表3-3。</p><p>　　表3-3 以年水量控制、同倍比縮放的設(shè)計年徑流量（流量單位：m³/s）</p><p>　　四．水庫死水位的選擇和庫容的確定</p><p>　　4.1 繪制水庫水位容積曲線和水電站下游水位流量關(guān)系曲線，，附圖二所示。</p><p>　　4.2 根據(jù)泥沙資料計算水庫的淤積體積和

19、水庫相應(yīng)的淤積高程。（按百年運用估計）</p><p>　　水庫年淤積體積 Vu=(1+α)ρ0W0m/[(1-P)γ]</p><p>　　=(1+15%)×0.237×19.787×365×24×3600×90%/[（1-0.3）×1650]</p><p>　　=0.133×

20、15;106m³</p><p>　　以百年運用估計 Vs=TVu=100×0.133×10³=13.3×106m³</p><p>　　根據(jù)附圖二中V-Z曲線，內(nèi)插法查得相應(yīng)的淤積高程為Z淤=62.65m</p><p>　　根據(jù)水輪機的情況在此基礎(chǔ)上加上安全值：</p><p>

21、;　　Z淤積=Z淤+轉(zhuǎn)輪直徑+安全值</p><p>　　=62.25+1+1=64.25m</p><p>　　4.3 根據(jù)水輪機的情況確定水庫的最低死水位</p><p>　　由附圖二的水位流量關(guān)系曲線可得：</p><p>　　Z水輪機，死=47.2+16=63.2m </p><p>　　4.4 綜合各方面情況

22、確定最低死水位</p><p>　　Z死=Max(Z水輪機，死，Z淤積)=64.25m</p><p>　　將水庫最低死水位定為Z死=64.25m，查附圖二中水位容積曲線可知</p><p>　　死庫容 V死=16.5×106m³</p><p>　　4.5 確定興利庫容</p><p>　　假

23、定此水庫的用水量只滿足發(fā)電用水為9m³/s，則月用水量為</p><p>　　W用，p=9×365/12×24×3600=23.64×106m³。為安全起見，可將P=90%的設(shè)計枯水年設(shè)為代表年，調(diào)節(jié)計算得的較大庫容的一年作為設(shè)計代表年。</p><p><b>　　確定設(shè)計來水量</b></p>

24、<p>　　P=90%的設(shè)計代表年為1992-1993年，來水量計算數(shù)據(jù)見表4-1。</p><p><b>　　計算縮放比K</b></p><p>　　K枯= X枯p/X枯D=12.565/13.698=0.917</p><p>　　用縮放倍比乘以對應(yīng)的典型年的各月來水量，即得設(shè)計年內(nèi)各月來水量分配，成果見表4-1。<

25、/p><p>　　表 4-1 各月來水量表</p><p>　?。?）計算水庫用水量情況</p><p>　　表4-2 水庫用水、來水情況計算表</p><p>　　由上表4-2可知：興利庫容V興=66.69××106m³</p><p>　　總庫容 V=V興+V死=66.69×1

26、06+16.5×106=83.19×106m³</p><p>　　五．水庫正常蓄水位的選擇</p><p>　　5.1 初步估計正常蓄水位</p><p>　　根據(jù)總庫容 V=83.19×106m³，還有本地區(qū)的興利要求，發(fā)電方面要求保證出力不低于800千瓦，發(fā)電保證率為90%，灌溉及航運任務(wù)不大，均可利用發(fā)電尾水

27、得到滿足。因此，查附圖二中水位容積曲線，可得正常蓄水位為Z=78.4m。</p><p>　　六、推求各種設(shè)計標(biāo)準的設(shè)計洪水過程線</p><p>　　本水庫為大（2）型水庫，工程等級為Ⅱ級，永久性水工建筑物級別為2級。下游防洪標(biāo)準為5%，設(shè)計標(biāo)準為1%，校核標(biāo)準為0.1%，需要推求5%、1%、0.1%設(shè)計洪水過程線。</p><p>　　6.1 洪峰和各歷時的洪量

28、的統(tǒng)計（1954-1977）</p><p>　　按年最大值法選樣方法在實測資料中選取年最大洪峰流量及各歷時流量，根據(jù)洪水特性和防洪計算的要求，確定設(shè)計歷時7天，控制歷時為1天和3天，因而可得洪峰和各歷時的洪量系列。</p><p>　　7天洪量只有1957-1972年，用相關(guān)分析方法延長插補，具體數(shù)據(jù)見表6-1。</p><p>　?。ㄓ萌炝髁颗c七天流量進行相關(guān)

29、分析）</p><p>　　表6-1 三天流量與七天流量相關(guān)計算表</p><p>　　所以有：(1).均值</p><p><b>　　(2).均方差</b></p><p><b>　　(3).相關(guān)系數(shù)</b></p><p><b>　?。?）.回歸系數(shù)<

30、;/b></p><p>　　(5).Y倚X的回歸方程</p><p><b>　　即</b></p><p>　　所以可根據(jù)得出的回歸方程以及已知的三天洪量可把缺少的七天的洪量值，列入下表6-2中。</p><p>　　表6-2 潛魚站洪峰及定時段洪量統(tǒng)計表</p><p>　　6.2 對

31、洪峰和各時段洪量系列進行頻率計算，用目估適線法求得相應(yīng)的頻率</p><p>　?。?）.洪峰流量經(jīng)驗頻率計算如表6-3：</p><p>　　用分別處理法計算對樣本中的特大洪水頻率，對于1922年的大洪水可知N=1977-1922+1=56年，a=1,P=M/(N+1)=1/(56+1)=1.75% M=1,2…，a</p><p>　　表6-3 洪峰流量頻率計

32、算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均洪峰流量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.71,Cs=1.8Cv=1.28，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進行計算，并用公式Qp=Kp計算Qp。用P與

33、Qp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點吻合程度，發(fā)現(xiàn)其上部偏高于經(jīng)驗點，下部偏低，故增大Cv值，取Cv=0.65，Cs=2Cv=1.28,重新計算Kp,Qp。發(fā)現(xiàn)其與經(jīng)驗點較吻合，故取Cv=0.65,Cs=2Cv=1.28,計算數(shù)據(jù)見下表6-4。</p><p>　　表6-4 洪峰流量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-4 繪制附圖三的洪峰流量曲線。</p><p&

34、gt;　　（2）24小時時段洪量系列頻率計算，如表6-5：</p><p>　　表6-5 24小時時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均24小時洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜

35、Ⅲ型曲線：，取Cv=0.70,Cs=1.83Cv=1.28，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進行計算，并用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點的吻合程度，發(fā)現(xiàn)其首尾部分明顯比經(jīng)驗點偏低，中間部分偏高，故需要增大Cs，取Cv=0.7,Cs=3Cv=0.2,在計算對應(yīng)的Kp,Wp。觀察到該曲線與經(jīng)驗點配合較好。故取Cv=0.7.Cs=2.9Cv=2.0，計算數(shù)據(jù)如下表6-6。</p><p

36、>　　表6-6 24小時時段洪量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-6 繪制24小時的洪量頻率曲線，附圖四。</p><p>　　三天時段洪量系列頻率計算</p><p>　　表6-7 三天時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b&g

37、t;　　=</b></p><p>　　多年平均三天洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.61,Cs=2Cv=1.22，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進行計算，并用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點的吻合程度，發(fā)現(xiàn)該曲線與經(jīng)驗點相比的首尾部分明顯偏低，中間部分偏高，則需增大Cs,Cv可以暫時不用改變。重新選取Cv=0

38、.61，Cs=2.5Cv=1.5，繪制頻率曲線，發(fā)現(xiàn)該曲線與經(jīng)驗點配合較好，故可取Cv=0.61,Cs=2.5Cv=1.5,計算數(shù)據(jù)過程見表6-8。</p><p>　　表6-8 三天時段洪量頻率曲線選配表</p><p>　　根據(jù)表6-8 可繪制三天時段洪量的頻率曲線，附圖五。</p><p>　　七天時段洪量系列頻率計算</p><p>

39、　　表6-9 七天時段洪量頻率計算表</p><p><b>　　= </b></p><p><b>　　=</b></p><p>　　多年平均七天洪量為：</p><p>　　選配皮爾遜Ⅲ型曲線：，取Cv=0.48,Cs=2.5Cv=1.2，查表得出φp,用Kp=Cvφp+1公式進行計算，并

40、用公式Wp=Kp計算Wp。用P與Wp對應(yīng)繪制曲線，觀察其與經(jīng)驗點的吻合程度。發(fā)現(xiàn)其首尾部分均偏低于經(jīng)驗點，而中間部分卻高于經(jīng)驗點，則得重新選擇Cv、Cs。取Cv=0.6,Cs=3.7Cv=2.2,繪制與之相對應(yīng)的頻率曲線，發(fā)現(xiàn)與經(jīng)驗點配合較合適，故取Cv=0.6,Cs=3.7Cv=2.2，其數(shù)據(jù)計算見表6-10。</p><p>　　表6-10 七天時段洪量頻率曲線選配表</p><p>

41、　　6.3 設(shè)計頻率下的特征洪水</p><p>　　表6-11 設(shè)計頻率下的特征洪水</p><p>　　6.3 洪峰和洪量成果的合理性分析</p><p>　?。?） 本站各種成果間的分析對比；</p><p>　　(2) 與上、下游及鄰近地區(qū)河流的分析對比成果；</p><p>　?。?） 根據(jù)暴雨頻率分析成

42、果對比。</p><p>　　通過合理性分析后，沒有發(fā)現(xiàn)有不合理之處，故此數(shù)據(jù)可以使用。</p><p>　　6.4 選擇典型洪水過程線</p><p>　　由于1963年的洪峰較接近于設(shè)計下的稀遇洪水情況，具有一定的代表性，對工程防洪較為不利，故選取1963年味典型年。其洪水過程線作為典型洪水過程線：峰值Q=1169m³/s,24小時時段洪量為 W1=

43、55.60×106m³，三天時段洪量為 W3=86.60×106m³，七天時段的洪量為 W7=95.90×106m³。</p><p>　　6.5 用分段同頻率放大法推求設(shè)計洪水過程線（P=0.1%、P=1%、P=5%）</p><p>　?。?）計算不同設(shè)計頻率下的放大倍比</p><p>　　洪峰的放大

44、倍比 </p><p>　　最大24小時的放大倍比 </p><p>　　最大三天的放大倍比 </p><p>　　最大七天的放大倍比 </p><p>　　運用上式公式可知P=0.1%、P=1%、P=5%的放大倍比用類似的方法計算，計算數(shù)據(jù)如下表6-12、表6-13、表6-14。</p><p>　　校核洪水標(biāo)準

45、為P=0.1％的縮放比計算結(jié)果如表6-12。</p><p>　　表6-12 P=0.1％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　設(shè)計洪水標(biāo)準為P=1％的縮放比計算結(jié)果如表6-13。</p><p>　　表6-13 P=1％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　防洪標(biāo)準為P=5％的縮放比計算結(jié)果如表6-14。&l

46、t;/p><p>　　表6-14 P=5％設(shè)計洪水過程線擬定縮放比計算表</p><p>　　根據(jù)表6-12至表6-14求得的倍比縮放典型洪水過程線，得縮放計算結(jié)果如表6-15。</p><p>　　表6-15 各標(biāo)準設(shè)計洪水過程線縮放計算表</p><p>　　根據(jù)表6-15求得的結(jié)果繪制各標(biāo)準的設(shè)計洪水過程線如下：</p>&

47、lt;p>　　典型洪水過程線如圖6-1：</p><p>　　圖6-1 典型洪水過程線</p><p>　　設(shè)計標(biāo)準為0.1％的設(shè)計洪水過程線如圖6-2：</p><p>　　圖6-2 標(biāo)準為0.1％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　校核標(biāo)準為1％的設(shè)計洪水過程線如圖6-3：</p><p>　　圖6-3

48、 標(biāo)準為1％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　防洪標(biāo)準為5％的設(shè)計洪水過程線如圖6-4：</p><p>　　圖6-4 標(biāo)準為5％設(shè)計洪水過程線</p><p>　　各種設(shè)計標(biāo)準下的洪水過程線比較如圖6-5：</p><p>　　圖6-5 各種設(shè)計標(biāo)準下的洪水過程線</p><p>　　七．推求水庫防洪特征水位和

49、確定壩頂高程</p><p>　　7.1 泄洪規(guī)則和其調(diào)水位水位的計算</p><p>　　由實際資料可知泄洪建筑物泄流曲線如表7-1：</p><p>　　表7-1 泄流建筑物泄流曲線</p><p>　　曲線圖如圖7-1所示：</p><p>　　圖7-1 泄洪建筑物泄洪曲線</p><p&

50、gt;　　根據(jù)水庫下游防洪要求，等于或小于20年一遇的洪水，只放發(fā)電用水（9m3/s），其余全部攔蓄在水庫里，超過20年一遇的洪水，溢洪道和泄洪洞共同泄洪，自由泄流。起調(diào)水位選為正常蓄水位，及防洪限制水位，即Z蓄=Z防限=78.4m。</p><p>　　7.2防洪高水位的計算和確定壩頂高程</p><p>　?。?）二十年一遇洪水，根據(jù)P=5%設(shè)計洪水過程線求得在99小時內(nèi)發(fā)電用水量，利

51、用水平分割法計算其發(fā)電用水量。即則W=81.37×106m3，加上防洪限制庫容，得防洪庫容為83.19×106+81.37×106=164.56×106m3，查水庫水位容積曲線(附圖二)得對應(yīng)的水位為防洪高水位Z高=87.5m，所以當(dāng)有二十年一遇的洪水時，只放發(fā)電用水9m3/s，其余全部攔蓄，因此水庫的防洪高水位Z防=87.5m，防洪庫容V防=164.56×106m3。</p>